一種時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)，包括一個閱讀器、閱讀器有效作用范圍內(nèi)的個無源電子標簽和RFID無線信道，所述的系統(tǒng)還包括一個PN碼產(chǎn)生器，所述的PN碼產(chǎn)生器設置在所述的無源電子標簽內(nèi)。本實用新型的時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比，由于每個時隙都存在多個并行的碼分信道，使所需時隙數(shù)顯著降低，大大提高了標簽的閱讀速度，與已有技術相比，增加了PN碼產(chǎn)生、擴頻調(diào)制和時鐘及同步提取等環(huán)節(jié)，但是省去了工作時鐘產(chǎn)生電路，因此標簽的實現(xiàn)復雜度僅略有增加，成本及功耗增加有限，可以滿足無源標簽的低復雜度和低功耗要求，更可以滿足有源標簽的要求。
【專利說明】-種時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及射頻識別（RFID)技術以及短距離無線通信，特別涉及一種時分多 址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 射頻識別（RFID)技術是一種非接觸式自動識別技術，它利用射頻信號的空間耦 合或電磁波的散射通信實現(xiàn)對物體上附加的電子標簽進行讀取，從而實現(xiàn)對物體的自動識 另IJ。與條形碼識別技術相比，RFID技術具有防水、防磁、使用壽命長、讀取距離遠、標簽上數(shù) 據(jù)可加密、存儲數(shù)據(jù)容量大、存儲信息更改方便等優(yōu)點。超高頻（UHF) RFID國際標準ISO/ IEC18000-C的推廣應用，標志著RFID技術發(fā)展到一個新階段，其鮮明特點是，支持閱讀器 作用范圍內(nèi)大量無源電子標簽的快速讀取。標簽閱讀速度，即閱讀器單位時間內(nèi)讀取電子 標簽的數(shù)量，成為衡量系統(tǒng)性能的主要指標。進一步提高標簽閱讀速度，同時盡可能降低成 本，促進RFID系統(tǒng)升級換代，是RFID研究領域不懈追求的目標。
[0003] 多個標簽發(fā)送應答信號時如何共享無線信道是問題的關鍵所在。IS0/IEC18000-C 標準采用"幀-時隙ALOHA"（FSA)協(xié)議實現(xiàn)多個標簽對無線信道的共享。FSA協(xié)議在時間 上安排特定的"幀"供多個標簽發(fā)送應答信號。應答幀在時間上又被分割成若干個"時隙"， 每個標簽隨機地選取某個時隙發(fā)出應答信號。如果不發(fā)生"碰撞"（兩個及以上的標簽選取 同一個時隙發(fā)送應答信號)，標簽即被成功讀取。可見FSA實質(zhì)上就是多用戶無線通信所采 用的時分多址（TDMA)方式。
[0004] TDMA方式的缺點是，對于一定的時隙數(shù)量，當應答標簽數(shù)量增大時，碰撞概率增 大，而一旦發(fā)生碰撞，標簽應答失敗，須重新選擇時隙發(fā)送，造成頻率資源和時間的浪費。為 減小碰撞概率，必須增加時隙的數(shù)量，這樣又延長了標簽讀取時間，降低了標簽閱讀速度。
[0005] 在多用戶共享無線信道的各種多址方式中，碼分多址（CDMA)方式允許多個用戶在 同一時間使用同一頻帶發(fā)送信號，由于各用戶信號在擴頻調(diào)制時使用的偽隨機碼不同，因 而在接收端可以被分離并檢測。不難想到，如果將CDMA方式用于RFID系統(tǒng)的上行鏈路(標 簽向閱讀器發(fā)送應答信息的通信鏈路)，可以顯著降低標簽應答信號發(fā)生碰撞的概率。然而 應當看到，CDMA系統(tǒng)的實現(xiàn)復雜度較高，信號檢測時需要精確的碼同步及載波同步，如果采 用同步CDMA (SCDMA)，多個標簽的應答擴頻信號還需要同步發(fā)送，而RFID系統(tǒng)中電子標簽 的功耗及復雜度又受到嚴格限制，尤其對于無源電子標簽，更是如此。若要實現(xiàn)基于CDMA 方式的RFID系統(tǒng)，必須解決這些關鍵問題。
[0006] 美國專利 "Parallel RFID system using CDMA"（專利號 US8044773(B2)，申請日 2006年3月23日）涉及到在RFID系統(tǒng)中使用CDMA方式，但未給出系統(tǒng)結(jié)構詳細設計、多 標簽信號檢測時碼同步與載波同步等關鍵技術的具體實現(xiàn)方案。
[0007] 中華人民共和國專利" 一種射頻識別系統(tǒng)可并行識別方法"（專利號 CN101145191A， 申請日期:2007年11月2日）涉及到在RFID系統(tǒng)中使用可變擴頻因子的 CDMA方式，但未給出系統(tǒng)結(jié)構詳細設計、多標簽信號檢測時碼同步與載波同步等關鍵技術 的具體實現(xiàn)方案。
[0008] 中華人民共和國專利"一種RFID系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)防碰撞算法"（專利號 CN101359361A， 申請日期:2008年9月17日）涉及到在RFID系統(tǒng)中使用CDMA方式，但側(cè)重 于多標簽應答信號的防碰撞算法，且未給出系統(tǒng)結(jié)構詳細設計、多標簽信號檢測時碼同步 與載波同步等關鍵技術的具體實現(xiàn)方案。
[0009] 中華人民共和國專利"一種RFID系統(tǒng)中多標簽防碰撞算法"（專利號 CN103117770A， 申請日期:2013年1月24日）涉及到在RFID系統(tǒng)中使用CDMA方式，但側(cè)重 于多標簽應答信號的防碰撞算法，且未給出系統(tǒng)結(jié)構詳細設計、多標簽信號檢測時碼同步 與載波同步等關鍵技術的具體實現(xiàn)方案。 實用新型內(nèi)容
[0010] 為解決上述問題，本實用新型公開了一種時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻 識別系統(tǒng)。
[0011] 為了達到上述目的，本實用新型提供如下技術方案：一種時分多址與同步碼分多 址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)，包括一個閱讀器、閱讀器有效作用范圍內(nèi)的K個無源電子標簽 和RFID無線信道，所述的系統(tǒng)還包括一個PN碼產(chǎn)生器，所述的PN碼產(chǎn)生器設置在所述的 無源電子標簽內(nèi)。
[0012] 作為本實用新型的一種改進，所述的閱讀器包括協(xié)議控制與數(shù)據(jù)處理單元、發(fā)射 機、接收機；所述的發(fā)射機包括RF震蕩源、調(diào)制器和功率放大器，發(fā)送信號經(jīng)天線共用器送 至天線發(fā)射到空中；所述的接收機包括RF震蕩源、下變頻器和多標簽信號檢測器，天線接 收信號經(jīng)天線共用器饋送至下變頻器。
[0013] 作為本實用新型的一種改進，所述的標簽結(jié)構具體包括天線、能量收集與供電單 元、協(xié)議控制單元、命令接收單元、時鐘及同步提取單元、PN碼產(chǎn)生器、乘法器以及天線阻抗 切換單元。
[0014] 作為本實用新型的一種改進，所述的下變頻器包括乘法器、波形相移器以及帶通 濾波器，RF震蕩源輸出載波經(jīng)波形相移器相移后，兩路相互正交的載波分別與接收信號相 乘并分別經(jīng)帶通濾波器，得到兩路基帶信號。
[0015] 本實用新型的有益效果：
[0016] 本實用新型的時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)與現(xiàn)有技術相比， 由于每個時隙都存在多個并行的碼分信道，使所需時隙數(shù)顯著降低，大大提高了標簽的閱 讀速度，與已有技術相比，增加了 PN碼產(chǎn)生、擴頻調(diào)制和時鐘及同步提取等環(huán)節(jié)，但是省去 了工作時鐘產(chǎn)生電路，因此標簽的實現(xiàn)復雜度僅略有增加，成本及功耗增加有限，可以滿足 無源標簽的低復雜度和低功耗要求，更可以滿足有源標簽的要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構示意圖。
[0018] 圖2為本實用新型的閱讀器結(jié)構示意圖。
[0019] 圖3為本實用新型的閱讀器中下變頻器結(jié)構示意圖。
[0020] 圖4為本實用新型的閱讀器中多標簽檢測器中某個檢測單元結(jié)構示意圖。
[0021] 圖5為本實用新型的電子標簽結(jié)構示意圖。
[0022] 圖6為本實用新型的系統(tǒng)檢測性能曲線圖。
[0023] 圖7為本實用新型的系統(tǒng)進行一次多標簽閱讀平均所需時隙數(shù)隨標簽數(shù)量變化 的曲線圖。

【具體實施方式】
[0024] 以下將結(jié)合具體實施例對本實用新型提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述

【具體實施方式】僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。
[0025] 如圖1所示為本實用新型的時分多址（TDMA)與同步碼分多址（SCDMA)相結(jié)合的射 頻識別系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。系統(tǒng)由一個閱讀器、閱讀器有效作用范圍內(nèi)的K個無源電子標 簽和RFID無線信道組成。閱讀器到標簽方向（下行鏈路）的信道為廣播信道。下行鏈路通 信相對簡單。閱讀器發(fā)出的射頻信號一般采用移幅鍵控(ASK)調(diào)制。
[0026] K個標簽到閱讀器方向（上行鏈路）的信道為多路接入信道。從物理層面看，該信 道即共享的無線空間信道。對于TDMA-SCDMA系統(tǒng)，多標簽應答幀被分成N s個時隙，同時， 系統(tǒng)還設有N。個偽隨機碼（PN碼）供標簽選擇。這樣，在每一個時隙中都包含著N。個碼分 信道。標簽應答時，隨機選擇一個時隙，同時隨機選擇一個PN碼，用來進行擴頻調(diào)制。一個 特定的時隙與一個特定的PN碼的組合構成一個邏輯信道。邏輯信道的集合記為
[0027] {CH(i，j)，i = l，2，...，Ns;j = 1，2，...，NC}
[0028] 顯然，系統(tǒng)提供了 NSXN。個邏輯信道供K個標簽選擇使用。選擇同一個時隙但選 擇不同ΡΝ碼進行擴頻調(diào)制的標簽應答信號將被成功檢測，只有當兩個及以上的標簽選擇 了同一時隙且選擇同一 ΡΝ碼時才發(fā)生碰撞。
[0029] 與TDMA系統(tǒng)相比，TDMA-SCDMA系統(tǒng)邏輯信道的數(shù)量擴大Nc倍，因而標簽碰撞概 率大大降低，代價是系統(tǒng)占用帶寬以及系統(tǒng)復雜度的增加。
[0030] TDMA-SCDMA RFID閱讀器結(jié)構如圖2所示。其中包括協(xié)議控制與數(shù)據(jù)處理單元和 收發(fā)信機。發(fā)射機包括射頻（RF)震蕩源、調(diào)制器和功率放大器，發(fā)送信號經(jīng)天線共用器送 至天線發(fā)射到空中。接收機包括RF震蕩源、下變頻器和多標簽信號檢測器。天線接收信號 經(jīng)天線共用器饋送至下變頻器。
[0031] 閱讀器結(jié)構中的下變頻器的具體結(jié)構如圖3所示。RF震蕩源輸出載波COS2 π fet 經(jīng)90度相移得到載波sin2 π f；t，兩路相互正交的載波分別與接收信號r (t)相乘并經(jīng)帶通 濾波，得到兩路基帶信號X (t)和y (t)。
[0032] 閱讀器結(jié)構中的多標簽信號檢測器包括N。個結(jié)構相同的檢測單元。N。為系統(tǒng)所 使用的PN碼的數(shù)量。第j (」= 1，2，···，Ν。)個檢測單元的結(jié)構如圖4所示，每個檢測單元 對應著一個特定的ΡΝ碼，使用這一特定ΡΝ碼進行擴頻調(diào)制的標簽信號將被該檢測單元檢 測。
[0033] TDMA-SCDMA RFID標簽的結(jié)構如圖5所示。標簽結(jié)構包括天線、能量收集與供電、 協(xié)議控制、閱讀器命令接收、時鐘及同步提取、PN碼產(chǎn)生、擴頻調(diào)制(乘法器）和天線阻抗切 換(調(diào)制）等單元組成。
[0034] SCDMA系統(tǒng)使用正交PN碼。長度為L的N。個雙極性PN碼表示為
[0035] Cj = [fy cjL]，j = 1，2,…，Nc (1)
[0036] 其中Cjl e {+1,-1} (j = 1，2,...，凡，1 = 1，2,…，L)。PN碼對應的雙極性矩形脈 沖序列在擴頻調(diào)制時稱為用戶（標簽）的標記波形，表示為
[0037]

【權利要求】
1. 一種時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)，包括一個閱讀器、閱讀器有 效作用范圍內(nèi)的K個無源電子標簽和RFID無線信道，其特征在于：所述的系統(tǒng)還包括一個 PN碼產(chǎn)生器，所述的PN碼產(chǎn)生器設置在所述的無源電子標簽內(nèi)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)，其特 征在于：所述的閱讀器包括協(xié)議控制與數(shù)據(jù)處理單元、發(fā)射機、接收機；所述的發(fā)射機包括 RF震蕩源、調(diào)制器和功率放大器，發(fā)送信號經(jīng)天線共用器送至天線發(fā)射到空中；所述的接 收機包括RF震蕩源、下變頻器和多標簽信號檢測器，天線接收信號經(jīng)天線共用器饋送至下 變頻器。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)，其特 征在于：所述的標簽結(jié)構具體包括天線、能量收集與供電單元、協(xié)議控制單元、命令接收單 元、時鐘及同步提取單元、PN碼產(chǎn)生器、乘法器以及天線阻抗切換單元。
4. 根據(jù)權利要求2所述的一種時分多址與同步碼分多址相結(jié)合的射頻識別系統(tǒng)，其特 征在于：所述的下變頻器包括乘法器、波形相移器以及帶通濾波器，RF震蕩源輸出載波經(jīng) 波形相移器相移后，兩路相互正交的載波分別與接收信號相乘并分別經(jīng)帶通濾波器，得到 兩路基帶信號。
【文檔編號】G06K7/10GK203870628SQ201420081839
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權日:2014年2月26日
【發(fā)明者】張郁松 申請人:南京信息工程大學